JP2013074401A - Pipeline type a/d converter - Google Patents

Pipeline type a/d converter Download PDF

Info

Publication number
JP2013074401A
JP2013074401A JP2011210955A JP2011210955A JP2013074401A JP 2013074401 A JP2013074401 A JP 2013074401A JP 2011210955 A JP2011210955 A JP 2011210955A JP 2011210955 A JP2011210955 A JP 2011210955A JP 2013074401 A JP2013074401 A JP 2013074401A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sub
analog signal
stage
output
vref
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2011210955A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuo Morimoto
康夫 森本
Yoji Matsumoto
陽史 松本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renesas Electronics Corp
Original Assignee
Renesas Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renesas Electronics Corp filed Critical Renesas Electronics Corp
Priority to JP2011210955A priority Critical patent/JP2013074401A/en
Publication of JP2013074401A publication Critical patent/JP2013074401A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pipeline type A/D converter capable of removing restriction on a dither quantity due to an offset of a comparator.SOLUTION: A pipeline type A/D converter 100 which converts an analog signal into a digital signal includes a plurality of cascaded stages, and an error correction circuit 101 which generates a digital signal on the basis of sub digital signals output from the plurality of stages respectively. When outputting an N-bit sub digital signal, at least one of the plurality of stages is such that a stage gain of a transfer function is 2, a folding-back number is 2-4, 2-2, or 2, and the number of bits overlapping when error correction is made with an adjacent stage is 2.

Description

本発明は、パイプライン型A/Dコンバータに関する。   The present invention relates to a pipeline type A / D converter.

図41は、一般的なパイプラインADCの構成を示す図である。
パイプラインADCは、複数のステージがカスケードに接続されている。
FIG. 41 is a diagram illustrating a configuration of a general pipeline ADC.
In the pipeline ADC, a plurality of stages are connected in cascade.

ステージ間では、それぞれのステージで演算したアナログの結果を伝送している。各ステージには、デジタル出力があり、エラー補正回路ECL(Error Correction Circuit) に接続されている。エラー補正回路ECLの出力は、ADCのデジタル出力となる。   Between the stages, analog results calculated at each stage are transmitted. Each stage has a digital output and is connected to an error correction circuit (ECL). The output of the error correction circuit ECL is a digital output of the ADC.

一般的に、最終ステージである、ステージ8を除く、すべてのステージは、アナログ入力を1系統、アナログ出力を1系統、デジタル出力を1系統持っている。図41に示すように、ステージは、SADC(Sub Analog-to-Digital Converter)と、MDAC(Multiplying Digital-to-Analog Converter)から構成されている。   In general, all stages except the final stage, stage 8, have one system for analog input, one system for analog output, and one system for digital output. As shown in FIG. 41, the stage is composed of SADC (Sub Analog-to-Digital Converter) and MDAC (Multiplying Digital-to-Analog Converter).

ステージの詳細は後述するが、概していうと、入力された信号は、SADCで荒く量子化され、その結果がデジタル出力される。出力されたデジタル値に対応したアナログ量を、MDACによるDAC機能でD/A変換し、入力された値から減算を行ったうえで、増幅機能で、一定の倍率に増幅(図41の例では2倍)される。   Although details of the stage will be described later, generally speaking, the input signal is roughly quantized by the SADC, and the result is digitally output. The analog amount corresponding to the output digital value is D / A converted by the DAC function by MDAC, subtracted from the input value, and then amplified to a constant magnification by the amplification function (in the example of FIG. 41, Twice).

最終ステージは、次段にステージがないため、SADCのみの構成となっている。他のステージと異なり、多少細かい量子化を行うことが多い。図41の場合、他のステージと異なり、3ビットで量子化している。   Since the final stage has no stage in the next stage, only the SADC is configured. Unlike the other stages, there are many cases where the quantization is slightly finer. In the case of FIG. 41, unlike the other stages, quantization is performed with 3 bits.

パイプラインADCは、スイッチドキャパシタ回路で構成されていること、また、複数のステージが同時に動作できることから、複数の変換処理を同時進行できる。このため、スループットが高く、変換速度を上げやすい特徴をもつ。また、ステージの分解能を挙げたり、ステージ数を増加させることで、分解能が容易に増やせるという特徴がある。こうした特長をもつ、パイプラインADCは、画像・映像アプリケーション以外にも、通信などにも用いられており、その応用範囲は広い。   Since the pipeline ADC is composed of a switched capacitor circuit and a plurality of stages can operate simultaneously, a plurality of conversion processes can proceed simultaneously. For this reason, it has the characteristics that the throughput is high and the conversion speed can be easily increased. Further, there is a feature that the resolution can be easily increased by increasing the resolution of the stage or increasing the number of stages. Pipeline ADCs having such features are used not only for image / video applications but also for communications, and their application range is wide.

図42は、1.5ビットステージのSADCの伝達関数を表わす図である。図43は、1.5ビットステージのMADCの伝達関数を表わす図である。   FIG. 42 is a diagram illustrating a transfer function of a 1.5-bit stage SADC. FIG. 43 shows a transfer function of a 1.5-bit stage MADC.

SADCは、入力電圧Vinに対し、±Vref/4の点に判定点があり、出力Doは、以下の式で表わされる。   The SADC has a determination point at ± Vref / 4 with respect to the input voltage Vin, and the output Do is expressed by the following equation.

Do=0 (Vin<−Vref/4)
Do=1 (−Vref/4<Vin<Vref/4)
Do=2 (Vin>Vref/4)
MADCは、このSADCの出力を受けて、以下の式で表わされる演算をする。
Do = 0 (Vin <−Vref / 4)
Do = 1 (−Vref / 4 <Vin <Vref / 4)
Do = 2 (Vin> Vref / 4)
The MADC receives the output of the SADC and performs an operation represented by the following expression.

Vout=2×Vin−(Do−1)×Vref
SADCの出力Doの値は、Vin=±Vref/4で変わるため、MADCの伝達関数は、図43に示すような折れ線の特性になる。
Vout = 2 × Vin− (Do−1) × Vref
Since the value of the SDC output Do changes with Vin = ± Vref / 4, the transfer function of the MADC has a broken line characteristic as shown in FIG.

ところで、MADCでの演算には、誤差が生じることが知られているが、この誤差は、ADCの変換結果に悪影響を及ぼす。   By the way, although it is known that an error occurs in the calculation in the MADC, this error adversely affects the conversion result of the ADC.

MADCでの演算の誤差の原因には、オフセットエラーやゲインエラーなどがある。
オフセットエラーは、アンプのオフセット電位や、MADC内のスイッチのチャージインジェクションやクロックフィードスルーが原因で発生する。現象としては、MADCの出力が平行移動する。通常のパイプラインADCでは、途中のステージで一度発生したオフセットエラーは、続くステージ群で、修正する方法がないので、そのまま、A/D変換された結果もずれてしまう。
Causes of calculation errors in MADC include offset errors and gain errors.
An offset error occurs due to an offset potential of the amplifier, charge injection of a switch in the MADC, or clock feedthrough. As a phenomenon, the output of the MADC moves in parallel. In a normal pipeline ADC, an offset error once generated at an intermediate stage does not have a method of correcting in subsequent stages, so the result of A / D conversion is also shifted as it is.

ゲインエラーは、アンプのゲインの有限性、アンプの過渡特性の不足(セトリングエラー)、MADCに含まれる2つの容量のミスマッチが原因で生じる。ゲインエラーが発生すると、MADCの出力は、図44に示すMADCの伝達関数のように、上下方向に伸び縮みして、伝達関数の傾きおよび伝達関数内の折返しの量が変化する。前者は、残余成分(つまり、MADC出力)の大きさが変わるため、A/D変換結果の傾きが変わる。後者は、図44に示すように、ステージ内で付与するデジタル量と、MADCで差し引くアナログ量の間で不一致が発生するため、図45に示すように、A/D変換結果に段差が生じたりする。これら現象は、前者と異なり、図46に示すように、DNL(Differential non-linearity error)やINL(Integral non-linearity error)などの直線性の特性に大きな影響を与えてしまう。   The gain error is caused by finite gain of the amplifier, lack of transient characteristics of the amplifier (settling error), and mismatch of two capacitors included in the MADC. When a gain error occurs, the output of the MADC expands and contracts in the vertical direction as in the transfer function of the MADC shown in FIG. 44, and the inclination of the transfer function and the amount of folding in the transfer function change. In the former, since the magnitude of the residual component (that is, the MADC output) changes, the slope of the A / D conversion result changes. In the latter case, as shown in FIG. 44, there is a discrepancy between the digital amount given in the stage and the analog amount subtracted by MADC, so that there is a step in the A / D conversion result as shown in FIG. To do. Unlike the former, these phenomena greatly affect linearity characteristics such as DNL (Differential Non-linearity Error) and INL (Integral Non-linearity Error) as shown in FIG.

ディザは、図46のような直線性の劣化、特に、DNL(微分非直線性)の劣化の改善に非常に有効な手段である。パイプラインのディザの原理は、時間軸で、コンパレータの判定点をずらすことで、A/D変換結果における段差が起こるコードを複数のポイントに拡散することである。ADCを用いる多くの系では、何らかの平均化の作用が起こるデータ処理(ノイズリダクションや、ローパスフィルタ処理など)が行われることが多い。こうした系に、複数ポイントに拡散された段差が入力されると、段差が、時間当たりの頻度に応じた平均化の処理が行われる。つまり、図47に示すように、1つの段差が、大きさ1/拡散数の拡散数個の段差群に変換される。直線性も図48のように向上する。   The dither is a very effective means for improving the degradation of linearity as shown in FIG. 46, in particular, the degradation of DNL (differential nonlinearity). The principle of pipeline dithering is to spread a code in which a step in the A / D conversion result occurs to a plurality of points by shifting the judgment point of the comparator on the time axis. In many systems using the ADC, data processing (noise reduction, low-pass filter processing, etc.) in which some averaging action occurs is often performed. When steps diffused at a plurality of points are input to such a system, the steps are averaged according to the frequency per time. That is, as shown in FIG. 47, one step is converted into a number of steps having a size of 1 / the number of diffusions. The linearity is also improved as shown in FIG.

ところで、ディザの分割数は、多いほど、INLもDNLも滑らかになる。ただし、分割数の増加は、実現するためのハードウェアが増加するので、トレードオフが重要である。   By the way, the greater the number of dither divisions, the smoother the INL and DNL. However, an increase in the number of divisions increases the hardware to be realized, so a trade-off is important.

一方、振幅は、DNLの値には影響がないが、INLへの影響が大きいパラメータである。ディザの振幅は、小さいと、もとの段差の位置に近い所に分割した段差群が集中するため、マクロな目で見ると、ADCの伝達関数も、INLも変化しては見えない。一方、振幅が大きいと、広範囲に散らばるため、図47や図48に示すように、完全に分割されて見える。ステージの分解能で1LSBの整数倍であれば、大きければ大きいほどよいが、入力レンジなど、他のパラメータとのバランスを考えると、振幅は1LSBが理想的である。しかし、実際には、ディザの実現方法などにより、より小さい値に制限されてしまう。大きな振幅のディザを入れることは、ディザの効果をあげる上で、重要な課題の一つといえる。   On the other hand, the amplitude is a parameter that does not affect the value of DNL but has a large influence on INL. When the dither amplitude is small, the divided step groups are concentrated near the original step position. Therefore, when viewed from a macro view, neither the ADC transfer function nor INL changes. On the other hand, if the amplitude is large, it is scattered over a wide range, so that it appears to be completely divided as shown in FIGS. If the resolution of the stage is an integer multiple of 1LSB, the larger the better, but the balance is ideally 1LSB considering the balance with other parameters such as the input range. However, in practice, the value is limited to a smaller value due to a dither implementation method or the like. Introducing a large amplitude dither is one of the important issues in increasing the dither effect.

パイプラインADC用のディザの実現方法の一つに、閾値ディザ(Threshold Dither)といわれる方式がある。この方式では、パイプラインADCのステージにあるSADCの判定点をずらす機構を設ける方式である。   One method of realizing dither for pipeline ADC is a method called threshold dither. In this method, a mechanism for shifting the determination point of the SADC at the stage of the pipeline ADC is provided.

判定点をずらす方法として、SADCのコンパレータの参照電圧にディザを加えることが一般的である。   As a method of shifting the determination point, it is common to add dither to the reference voltage of the SADC comparator.

閾値ディザの特徴は、SADCのみにディザ成分を印加し、MADCにはディザを加えないことである。ディザの印加により、判定点はずれるものの、ステージが持つ冗長性の効果で、A/D変換結果にディザの影響は現れない。   A feature of threshold dither is that a dither component is applied only to SADC and no dither is applied to MADC. Although the decision point is deviated by applying dither, the influence of dither does not appear in the A / D conversion result due to the redundancy effect of the stage.

図49は、閾値ディザ適用時のMADCの伝達関数を表わす図である。
MADCは折返し点を変化させるため、図49に示すように、加えたディザの値に応じて、左側や右側の位置に平行移動する。これにより、A/D変換結果における段差の出るコードが拡散され、直線性が向上する。もちろん、MADCにディザが印加されていないので、入力レンジが減少することもない。
FIG. 49 is a diagram illustrating a transfer function of MADC when threshold dither is applied.
Since the MADC changes the turning point, as shown in FIG. 49, the MADC moves in parallel to the left and right positions according to the added dither value. As a result, a stepped code in the A / D conversion result is diffused, and the linearity is improved. Of course, since no dither is applied to the MADC, the input range does not decrease.

特開2010−21918号公報JP 2010-21918 A

しかしながら、閾値ディザには、コンパレータのオフセットによるディザ量が制限されるという問題がある。   However, the threshold dither has a problem that the amount of dither due to the offset of the comparator is limited.

すなわち、印加するディザは、SADCのコンパレータのオフセット誤差と同じ扱いであるため、ディザの振幅とオフセット誤差の合計が所望の値に収まる必要がある。よって、印加するディザの振幅を制限するか、コンパレータのオフセット誤差を小さくする工夫が必要になる。前者の方法では、段差の拡散する範囲が狭まり、段差が狭い範囲で集中するため、INL(積分非直線性)の改善度合が低下する。後者の方法では、オフセット誤差を減らすには、素子の面積を大きくする必要があり、面積の増加を招いてしまう。   That is, since the applied dither is handled in the same way as the offset error of the SADC comparator, the sum of the dither amplitude and the offset error needs to fall within a desired value. Therefore, it is necessary to limit the amplitude of the dither to be applied or to reduce the offset error of the comparator. In the former method, the range in which the step is diffused is narrowed and the step is concentrated in a narrow range, so that the degree of improvement in INL (integral nonlinearity) is reduced. In the latter method, in order to reduce the offset error, it is necessary to increase the area of the element, leading to an increase in the area.

それゆえに、本発明の目的は、コンパレータのオフセットによるディザ量の制限を解消することができるパイプライン型A/Dコンバータを提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a pipeline type A / D converter that can eliminate the limitation of the dither amount due to the offset of the comparator.

上記課題を解決するために、本発明の一実施形態は、アナログ信号をデジタル信号に変換するパイプライン型A/Dコンバータであって、縦列接続された複数のステージと、複数のステージのそれぞれから出力される副デジタル信号に基づいてデジタル信号を生成するエラー補正回路とを備え、複数のステージのうち少なくとも1つのステージは、Nビットの副デジタル信号を出力する場合に、伝達関数のステージゲインが2N-2で、且つ折返し数が2N−4、もしくは、2N−2、もしくは、2Nであり、隣接するステージとエラー補正する際にオーバーラップするビット数が2ビットである。 In order to solve the above-described problem, an embodiment of the present invention is a pipelined A / D converter that converts an analog signal into a digital signal, and includes a plurality of stages connected in cascade and a plurality of stages. An error correction circuit that generates a digital signal based on the output sub-digital signal, and when at least one of the plurality of stages outputs an N-bit sub-digital signal, the stage gain of the transfer function is 2 N-2 , and the number of turns is 2 N -4, 2 N -2, or 2 N , and the number of bits that overlap when performing error correction with an adjacent stage is 2 bits.

本発明の一実施形態のパイプライン型A/Dコンバータによれば、コンパレータのオフセットによるディザ量の制限を解消することができる。   According to the pipeline type A / D converter of one embodiment of the present invention, the restriction on the dither amount due to the offset of the comparator can be eliminated.

パイプラインADCの構成を表わす図である。It is a figure showing the structure of pipeline ADC. 第1の実施形態のSADCの伝達関数を表わす図である。It is a figure showing the transfer function of SADC of a 1st embodiment. 第1の実施形態のMADCの伝達関数を表わす図である。It is a figure showing the transfer function of MADC of 1st Embodiment. ステージのゲインが2の3タイプのMDACの伝達関数を表わす図である。It is a figure showing the transfer function of 3 types of MDAC with a stage gain of 2. 本実施の形態のSADCの構成を表わす図である。It is a figure showing the structure of SADC of this Embodiment. 本実施の形態のMDACの構成を表わす図である。It is a figure showing the structure of MDAC of this Embodiment. 図5に含まれる基準電圧生成部の構成を表わす図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a reference voltage generation unit included in FIG. 5. 図5に含まれる乱数発生源の構成を表わす図である。It is a figure showing the structure of the random number generation source contained in FIG. 図8に含まれるデコーダの真理表を表わす図である。It is a figure showing the truth table of the decoder contained in FIG. オーバーラップの違いによる冗長性や、次ステージの入力レンジの違いを示す図である。It is a figure which shows the difference by the difference in overlap, and the difference in the input range of the next stage. 別のオーバーラップのビットから見た冗長性を示す図である。It is a figure which shows the redundancy seen from the bit of another overlap. 第1の実施形態の変形例1のSADCの伝達関数を表わす図である。It is a figure showing the transfer function of SADC of the modification 1 of 1st Embodiment. 第1の実施形態の変形例1のMDACの伝達関数を表わす図である。It is a figure showing the transfer function of MDAC of the modification 1 of 1st Embodiment. ステージゲインが4のときのSADCの伝達関数を表わす図である。It is a figure showing the transfer function of SADC when a stage gain is 4. ステージゲインが4のときのMADCの伝達関数を表わす図である。It is a figure showing the transfer function of MADC when a stage gain is 4. ステージゲインが4のときのSADCの構成を表わす図である。It is a figure showing the structure of SADC when a stage gain is 4. ステージゲインが4のときのMADCの構成を表わす図である。It is a figure showing the structure of MADC when a stage gain is 4. ステージゲインが4のときの基準電圧生成部の構成を表わす図である。It is a figure showing the structure of a reference voltage generation part when a stage gain is 4. ステージゲインが4で、両端折返しのときのSADCの伝達関数を表わす図である。It is a figure showing the transfer function of SADC when the stage gain is 4 and both ends are folded. ステージゲインが4で、両端折返しのときのMADCの伝達関数を表わす図である。It is a figure showing the transfer function of MADC when a stage gain is 4 and both ends turn. ステージゲインが4で、両端折返しのときのSADCの構成を表わす図である。It is a figure showing the structure of SADC when the stage gain is 4 and both ends are folded. ステージゲインが4で、両端折返しのときのMADCの構成を表わす図である。It is a figure showing the structure of MADC when a stage gain is 4 and both ends turn. ステージゲインが4で、両端折返しのときのMADCの別の構成を表わす図である。It is a figure showing another structure of MADC when a stage gain is 4 and both ends turn up. ステージゲインが4で、両端折返しのときの基準電圧生成部の構成を表わす図である。It is a figure showing the structure of the reference voltage production | generation part in case a stage gain is 4 and both ends turn. ステージゲインが4で、両端折返しのときの、差動式のSADCの構成を表わす図である。It is a figure showing the structure of differential type SADC when the stage gain is 4 and both ends are folded. ステージゲインが4で、両端折返しのときの差動式のMADCの構成を表わす図である。It is a figure showing the structure of differential type MADC when the stage gain is 4 and both ends are folded. ステージゲインが4で、両端折返しのときの差動式のMADCの別の構成を表わす図である。It is a figure showing another structure of a differential type MADC when the stage gain is 4 and both ends are folded. 第2の実施形態のパイプラインADCの構成を表わす図である。It is a figure showing the structure of pipeline ADC of 2nd Embodiment. ディザ生成部の具体的な構成を表わす図である。It is a figure showing the specific structure of a dither generation part. 第2の実施形態の変形例1のパイプラインADCの構成を表わす図である。It is a figure showing the structure of pipeline ADC of the modification 1 of 2nd Embodiment. ディザ生成部の具体的な構成を表わす図である。It is a figure showing the specific structure of a dither generation part. 第2の実施形態の変形例2のパイプラインADCの構成を表わす図である。It is a figure showing the structure of pipeline ADC of the modification 2 of 2nd Embodiment. 第3の実施形態の基準電圧生成部の構成を表わす図である。It is a figure showing the structure of the reference voltage generation part of 3rd Embodiment. 従来のMADCの伝達曲線を表わす図である。It is a figure showing the transfer curve of conventional MADC. 従来のパイプラインADCの入出力特性を表わす図である。It is a figure showing the input-output characteristic of the conventional pipeline ADC. 従来のディザを適用したときのINLのカーブのイメージを表わす図である。It is a figure showing the image of the curve of INL when the conventional dither is applied. 第4の実施形態のステージの構成を表わす図である。It is a figure showing the structure of the stage of 4th Embodiment. 第4の実施形態のMADCの伝達曲線を表わす図である。It is a figure showing the transfer curve of MADC of 4th Embodiment. 第4の実施形態のパイプラインADCの入出力特性を表わす図である。It is a figure showing the input-output characteristic of pipeline ADC of 4th Embodiment. 第4の実施形態のディザを適用したときのINLのカーブのイメージを表わす図である。It is a figure showing the image of the curve of INL when the dither of 4th Embodiment is applied. 一般的なパイプラインADCの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a general pipeline ADC. 1.5ビットステージのSADCの伝達関数を表わす図である。It is a figure showing the transfer function of SADC of 1.5 bit stage. 1.5ビットステージのMADCの伝達関数を表わす図である。It is a figure showing the transfer function of MADC of 1.5 bit stage. 従来のMADCの伝達関数を表わす図である。It is a figure showing the transfer function of the conventional MADC. 従来のA/D変換結果を表わす図である。It is a figure showing the conventional A / D conversion result. 従来のDNLとINLを表わす図である。It is a figure showing conventional DNL and INL. A/D変換結果を表わす図である。It is a figure showing an A / D conversion result. DNLとINLを表わす図である。It is a figure showing DNL and INL. 閾値ディザ適用時のMADCの伝達関数を表わす図である。It is a figure showing the transfer function of MADC at the time of threshold dither application.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
[第1の実施形態]
本実施の形態では、従来の閾値ディザに対して、以下の点を改善する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
In the present embodiment, the following points are improved with respect to the conventional threshold dither.

(1) ステージのゲインはそのままで、折り返し数を増やし、出力振幅を小さくする。   (1) While maintaining the stage gain, increase the number of turns and decrease the output amplitude.

(2) 折返し数を増やした分、オーバーラップビット数を増やす。
これにより、以下のような効果がある。
(2) Increase the number of overlap bits by increasing the number of turns.
This has the following effects.

(1) 振幅1LSBのディザを印加できる。
(2) コンパレータの精度を向上させる必要がない。
(1) A dither having an amplitude of 1 LSB can be applied.
(2) There is no need to improve the accuracy of the comparator.

(3) ステージゲインに変更がないため、MDACのアンプの特性をあげる必要がない。   (3) Since there is no change in the stage gain, there is no need to improve the characteristics of the MDAC amplifier.

図1は、パイプラインADCの構成を表わす図である。
図1に示すように、パイプラインADC100は、複数段のステージと、デジタルエラー補正回路101とを備える。
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of a pipeline ADC.
As shown in FIG. 1, the pipeline ADC 100 includes a plurality of stages and a digital error correction circuit 101.

各ステージは、SubADC(SADC)103と、MDAC104とを備える。
デジタルエラー補正回路101は、複数のステージのそれぞれから出力される副デジタル信号に基づいてデジタル信号を生成する。
Each stage includes a SubADC (SADC) 103 and an MDAC 104.
The digital error correction circuit 101 generates a digital signal based on the sub digital signal output from each of the plurality of stages.

図2は、第1の実施形態のSADCの伝達関数を表わす図である。図3は、第1の実施形態のMADCの伝達関数を表わす図である。   FIG. 2 is a diagram illustrating a transfer function of the SADC according to the first embodiment. FIG. 3 is a diagram illustrating a transfer function of the MADC according to the first embodiment.

SADCは、入力電圧Vinに対し、±Vref×3/8、±Vref/8の点に判定点があり、出力Doは、以下の式で表わされる。   The SADC has determination points at ± Vref × 3/8 and ± Vref / 8 with respect to the input voltage Vin, and the output Do is expressed by the following equation.

Do=0 (Vin<−Vref×3/8)
Do=1 (−Vref×3/8<Vin<−Vref×8)
Do=2 (−Vref/8<Vin<Vref/8)
Do=3 (Vref/8<Vin<Vref×3/8)
Do=4 (Vref×3/8<Vin)
SADCの出力Doの値は、±Vref×3/8、±Vref/8で変わるため、MADCの伝達関数は、図3に示すような折れ線の特性になる。
Do = 0 (Vin <−Vref × 3/8)
Do = 1 (−Vref × 3/8 <Vin <−Vref × 8)
Do = 2 (−Vref / 8 <Vin <Vref / 8)
Do = 3 (Vref / 8 <Vin <Vref × 3/8)
Do = 4 (Vref × 3/8 <Vin)
Since the value of the output SDo of SADC changes between ± Vref × 3/8 and ± Vref / 8, the transfer function of the MADC has a broken line characteristic as shown in FIG.

(1)および(2)の効果により、図42、図43に比べ、冗長性が増加したため、SADCのコンパレータの判定点が±3/8×Vrefまでずれても、A/D変換結果に影響はない。   Due to the effects of (1) and (2), the redundancy has increased compared to FIGS. 42 and 43, so that even if the judgment point of the SADC comparator deviates to ± 3/8 × Vref, the A / D conversion result is affected. There is no.

ディザとして、1LSB分、つまり、折返しと折返しの区間分の振幅を与えると、最も効率よくINLが改善することができる。   If the dither is given by 1LSB, that is, the amplitude corresponding to the folded and folded sections, INL can be improved most efficiently.

図2および図3の場合、1LSB=Vref/4であるため、±Vref/8のディザを与えることができればよい。図2および図3の場合、±3/8×Vrefだけ判定点がずれてもA/D変換結果に影響がない。これは、1LSBのディザを与えるのに十分であるだけでなく、SADCのコンパレータのオフセット誤差が±Vref/4まで許容できることを意味する。許容できるオフセット誤差は、折返し数を増やす前の、図42、図43の場合と同じ値であるため、折返し数を増加させることによって、コンパレータの精度向上の必要性がない。コンパレータを高精度化させるためにには、面積および電流を共に増加する必要があることから、これを回避できる意義は大きい。   In the case of FIG. 2 and FIG. 3, since 1LSB = Vref / 4, it is only necessary to provide a dither of ± Vref / 8. In the case of FIG. 2 and FIG. 3, even if the decision point is shifted by ± 3/8 × Vref, the A / D conversion result is not affected. This means that not only is it sufficient to provide a 1LSB dither, but the offset error of the SADC comparator can be tolerated to ± Vref / 4. Since the allowable offset error is the same value as in the case of FIGS. 42 and 43 before increasing the number of turns, there is no need to improve the accuracy of the comparator by increasing the number of turns. In order to increase the accuracy of the comparator, it is necessary to increase both the area and the current. Therefore, it is significant to avoid this.

次に、さらに詳細に冗長性について説明する。
図4は、ステージのゲインが2の3タイプのMDACの伝達関数を表わす図である。
Next, redundancy will be described in more detail.
FIG. 4 is a diagram showing transfer functions of three types of MDACs with a stage gain of 2. As shown in FIG.

図4に示すように、古典的な1ビットのステージでは、入力幅である2Vrefの半分の位置、つまり、Vin=0のところで、2Vref分が折り返されている。折返し前に0にあたる1LSB分、折返し後に1にあたる1LSB分がぴったり割り振られている。±Vrefを超えるステージの出力は、後のステージの入力レンジを超えるため受け付けられないため、ステージ出力は±Vref以内に入る必要がある。1ビットステージの出力は、Vin=0時に、±Vrefぴったりとなっており、冗長性がない。   As shown in FIG. 4, in the classic 1-bit stage, 2Vref is folded at a position that is half the input width of 2Vref, that is, at Vin = 0. 1LSB corresponding to 0 before the return and 1LSB corresponding to 1 after the return are allocated exactly. Since the output of the stage exceeding ± Vref exceeds the input range of the subsequent stage and is not accepted, the stage output needs to fall within ± Vref. The output of 1-bit stage is exactly ± Vref when Vin = 0, and there is no redundancy.

これに対し、一般的な1.5ビットのステージでは、折返し数を2つに増やすことで、1回あたりの折返し数を1ビットステージの半分のVref分としている。1つ目の折返しが−Vref/2≦Vin≦0の範囲にあり、2つ目の折返しが0≦Vin≦−Vref/2の範囲にあれば、ステージの出力は±Vref以内に収まる。つまり、一般的な1.5ビット ステージは、それぞれの折返しについて、Vref/2の幅で冗長性を持っている。   On the other hand, in a general 1.5-bit stage, the number of folds is increased to two so that the number of folds per time is half of that of the 1-bit stage. If the first turn is in the range of −Vref / 2 ≦ Vin ≦ 0 and the second turn is in the range of 0 ≦ Vin ≦ −Vref / 2, the output of the stage is within ± Vref. In other words, a general 1.5-bit stage has redundancy with a width of Vref / 2 for each turn.

本実施の形態のステージでは、折返し数を4つに増やすことで、1回あたりの折返し数を1ビットステージの1/4のVref/2分としている。   In the stage according to the present embodiment, the number of folds is increased to four so that the number of folds per turn is set to 1/4 Vref / 2 of the 1-bit stage.

1つ目の折返しが−3/8×Vref≦Vin≦0の範囲にあり、2つ目の折返しが−Vref/4≦Vin≦Vref/8の範囲にあり、3つ目の折返しが−Vref/8≦Vin≦Vref/4にあり、4つ目の折返しが0≦Vin≦3/8×Vrefの範囲にあれば、ステージの出力は±Vref以内に収まる。つまり、本実施の形態では、ステージは、3/4×Vrefの幅で冗長性を持っている。   The first return is in the range of −3 / 8 × Vref ≦ Vin ≦ 0, the second return is in the range of −Vref / 4 ≦ Vin ≦ Vref / 8, and the third return is −Vref. If / 8 ≦ Vin ≦ Vref / 4 and the fourth turn is in the range of 0 ≦ Vin ≦ 3/8 × Vref, the output of the stage will be within ± Vref. In other words, in the present embodiment, the stage has redundancy with a width of 3/4 × Vref.

1ビットステージの1LSBを基準に考えると、冗長性は、1ビットMDACでは0LSB、1.5ビットMDACでは0.5LSB、本実施の形態のMDACでは0.75LSB分ある。   Considering 1 LSB of a 1-bit stage as a reference, redundancy is 0 LSB for 1-bit MDAC, 0.5 LSB for 1.5-bit MDAC, and 0.75 LSB for the MDAC of this embodiment.

これらは、デジタル出力のオーバーラップ分にも対応している。1ビットステージでは、オーバーラップ分はないが、1.5ビットステージでは1ビット分オーバーラップしており、整数部1ビット+小数部1ビットである。本実施の形態のステージでは、2ビットオーバーラップしており、整数部1ビット+小数部2ビットである。オーバーラップ分が多いほど、補正能力が上がっていることが分かる。   These also correspond to the overlap of digital output. In the 1-bit stage, there is no overlap, but in the 1.5-bit stage, there is an overlap of 1 bit, which is an integer part 1 bit and a decimal part 1 bit. In the stage of the present embodiment, 2 bits overlap, and the integer part is 1 bit + the decimal part is 2 bits. It can be seen that the more overlap, the higher the correction capability.

図5は、本実施の形態のSADCの構成を表わす図である。
SADC103は、アナログ信号または前段のステージから出力される副アナログ信号の大きさに応じた副デジタル信号を生成して、エラー補正回路に出力するともに、アナログ信号または前段のステージから出力される副アナログ信号の大きさに応じた電圧選択信号を生成する。
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the SADC of the present embodiment.
The SADC 103 generates a sub-digital signal corresponding to the magnitude of the analog signal or the sub-analog signal output from the preceding stage, outputs the sub-digital signal to the error correction circuit, and outputs the analog signal or the sub-analog output from the preceding stage. A voltage selection signal corresponding to the magnitude of the signal is generated.

図5に示すように、このSADC103は、乱数発生源105と、基準電圧生成部106と、比較器110,111,112,113と、MDAC用デコーダ108,109と、エンコーダ114とを備える。   As shown in FIG. 5, the SADC 103 includes a random number generation source 105, a reference voltage generation unit 106, comparators 110, 111, 112, 113, MDAC decoders 108, 109, and an encoder 114.

乱数発生源105は、基準電圧生成部106に乱数を与える。
基準電圧生成部106は、乱数発生源105の乱数に基づいて、複数の基準電圧Vef1,Vref2,Vref3,Vref4を生成する。基準電圧Vref4の大きさは、3/8Vrefから±αだけずれた電圧である。基準電圧Vref3の大きさは、1/8Vrefから±αだけずれた電圧である。基準電圧Vref2の大きさは、−1/8Vrefから±αだけずれた電圧である。基準電圧Vref1の大きさは、−3/8Vrefから±αだけずれた電圧である。
The random number generation source 105 gives a random number to the reference voltage generation unit 106.
The reference voltage generation unit 106 generates a plurality of reference voltages Vef1, Vref2, Vref3, and Vref4 based on the random number of the random number generation source 105. The magnitude of the reference voltage Vref4 is a voltage deviated from 3 / 8Vref by ± α. The magnitude of the reference voltage Vref3 is a voltage that is shifted from the 1/8 Vref by ± α. The magnitude of the reference voltage Vref2 is a voltage shifted by ± α from −1/8 Vref. The magnitude of the reference voltage Vref1 is a voltage deviated from −3 / 8Vref by ± α.

比較器110は、入力電圧Vinと基準電圧Vref4の大きさを比較して、比較結果をMADC用デコーダ108へ出力する。比較器111は、入力電圧Vinと基準電圧Vref3の大きさを比較して、比較結果をMADC用デコーダ108へ出力する。比較器112は、入力電圧Vinと基準電圧Vref2の大きさを比較して、比較結果をMADC用デコーダ109へ出力する。比較器113は、入力電圧Vinと基準電圧Vref1の大きさを比較して、比較結果をMADC用デコーダ109へ出力する。   The comparator 110 compares the input voltage Vin with the reference voltage Vref4 and outputs the comparison result to the MADC decoder 108. The comparator 111 compares the input voltage Vin with the reference voltage Vref3 and outputs the comparison result to the MADC decoder 108. The comparator 112 compares the magnitudes of the input voltage Vin and the reference voltage Vref2, and outputs the comparison result to the MADC decoder 109. The comparator 113 compares the input voltage Vin with the reference voltage Vref1 and outputs the comparison result to the MADC decoder 109.

この入力電圧Vinは、このSADC103がステージ2〜ステージ8のSADC103の場合には、前ステージのMDAC104の出力電圧(副アナログ信号)であり、このSADC103がステージ1のSADC103の場合には、パイプラインADC100に入力されたアナログ入力電圧(アナログ信号)である。   This input voltage Vin is the output voltage (sub analog signal) of the MDAC 104 of the previous stage when the SADC 103 is the SADC 103 of the stage 2 to the stage 8, and the pipeline when the SADC 103 is the SADC 103 of the stage 1 It is an analog input voltage (analog signal) input to the ADC 100.

エンコーダ114は、比較器110,111,112,113の比較結果に応じた4ビットのデジタルデータ(副デジタル信号)を出力する。   The encoder 114 outputs 4-bit digital data (sub-digital signal) corresponding to the comparison results of the comparators 110, 111, 112, and 113.

MADC用デコーダ108,109は、比較結果に応じた電圧選択信号SW2a〜SW2fを生成する。   The MADC decoders 108 and 109 generate voltage selection signals SW2a to SW2f according to the comparison result.

MADC用デコーダ108は、比較器110,110の比較結果に応じて、電圧選択信号SW2a,2b,2cのいずれか1つを「H」レベルに活性化し、残りを「L」レベルに非活性化する。   The MADC decoder 108 activates one of the voltage selection signals SW2a, 2b, and 2c to “H” level and deactivates the rest to “L” level according to the comparison result of the comparators 110 and 110. To do.

MADC用デコーダ109は、比較器112,113の比較結果に応じて、電圧選択信号SW2d,2e,2fのいずれか1つを「H」レベルに活性化し、残りを「L」レベルに非活性化する。   The MADC decoder 109 activates one of the voltage selection signals SW2d, 2e, and 2f to the “H” level and deactivates the rest to the “L” level according to the comparison result of the comparators 112 and 113. To do.

図6は、本実施の形態のMDACの構成を表わす図である。
MADC104は、入力電圧Vinと、SADC103で生成された電圧選択信号SW2a〜SW2fに応じて入力される電圧(+Vref、0、−Vref)に応じた副アナログ信号を生成して、次段のステージに出力する。
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the MDAC of the present embodiment.
The MADC 104 generates a sub-analog signal according to the input voltage Vin and the voltages (+ Vref, 0, −Vref) input according to the voltage selection signals SW2a to SW2f generated by the SADC 103, and enters the next stage. Output.

図6に示すように、このMADCは、複数のスイッチ263〜272と、容量Ci1,Ci2と、容量261,262とを備える。   As shown in FIG. 6, the MADC includes a plurality of switches 263 to 272, capacitors Ci <b> 1 and Ci <b> 2, and capacitors 261 and 262.

容量Ci1は、増幅器115の第1の入力に接続されるとともに、スイッチ263を介して入力電圧Vinに接続され、スイッチ267を介して第1の電圧(+Vref)に接続され、スイッチ268を介して第2の電圧(0V)に接続され、スイッチ269を介して第3の電圧(−Vref)に接続される。   The capacitor Ci1 is connected to the first input of the amplifier 115, is connected to the input voltage Vin via the switch 263, is connected to the first voltage (+ Vref) via the switch 267, and is connected via the switch 268. It is connected to the second voltage (0V), and is connected to the third voltage (−Vref) via the switch 269.

容量Ci2は、増幅器115の第1の入力に接続されるとともに、スイッチ264を介して入力電圧Vinに接続され、スイッチ270を介して第1の電圧(+Vref)に接続され、スイッチ271を介して第2の電圧(0V)に接続され、スイッチ272を介して第3の電圧(−Vref)に接続される。   The capacitor Ci2 is connected to the first input of the amplifier 115, is connected to the input voltage Vin via the switch 264, is connected to the first voltage (+ Vref) via the switch 270, and is connected via the switch 271. It is connected to the second voltage (0V), and is connected to the third voltage (−Vref) via the switch 272.

増幅器115の第1の入力と、出力とは、並列接続された容量261,262とスイッチ265を介して接続される。また、増幅器115の出力は、スイッチ265,273を介して入力電圧Vinと接続される。   The first input and the output of the amplifier 115 are connected to the capacitors 261 and 262 connected in parallel via the switch 265. The output of the amplifier 115 is connected to the input voltage Vin via the switches 265 and 273.

増幅器115の第1の入力と第2の入力とは、スイッチ266を介して接続される。増幅器115の第2の入力は、電源に接続される。   The first input and the second input of the amplifier 115 are connected via a switch 266. The second input of amplifier 115 is connected to the power supply.

スイッチ267,268,269は、それぞれ電圧選択信号SW2a、SW2b、SW2cによって制御される。   Switches 267, 268, and 269 are controlled by voltage selection signals SW2a, SW2b, and SW2c, respectively.

スイッチ270,271,272は、それぞれ電圧選択信号SW2d、SW2e、SW2fによって制御される。   The switches 270, 271, and 272 are controlled by voltage selection signals SW2d, SW2e, and SW2f, respectively.

スイッチ263,264,266,273は、スイッチ信号SW1によって制御される。スイッチ265は、スイッチ信号SW2によって制御される。   The switches 263, 264, 266, 273 are controlled by a switch signal SW1. The switch 265 is controlled by the switch signal SW2.

増幅器115は、次段のステージに副アナログ信号(Vout)を出力する。
図7は、図5に含まれる基準電圧生成部の構成を表わす図である。
The amplifier 115 outputs a sub analog signal (Vout) to the next stage.
FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the reference voltage generation unit included in FIG.

図7に示すように、基準電圧生成部106は、基準となる2つの電位間(+Vref、−Vref)を直列に接続した複数の抵抗Rと、複数の抵抗Rによって基準となる2つの電位間を内分した電位を出力する複数の端子T1〜T20と、スイッチ回路501〜504とを備える。   As shown in FIG. 7, the reference voltage generation unit 106 includes a plurality of resistors R in which two reference potentials (+ Vref, −Vref) are connected in series, and two reference potentials by the plurality of resistors R. Are provided with a plurality of terminals T1 to T20 that output potentials internally divided and switch circuits 501 to 504.

複数の端子T1〜T20は、第1グループの端子T1〜T5、第2グループの端子T6〜T10、第3グループの端子T11〜T15、第4グループの端子T16〜T20に分類される。   The plurality of terminals T1 to T20 are classified into a first group of terminals T1 to T5, a second group of terminals T6 to T10, a third group of terminals T11 to T15, and a fourth group of terminals T16 to T20.

スイッチ回路501は、第1グループに対して設けられ、スイッチ信号SW[0]〜SW[4]に基づいて、第1グループの端子のいずれかの端子を選択して、選択した端子の電位を基準電圧Vref4として出力する。   The switch circuit 501 is provided for the first group, selects one of the terminals of the first group based on the switch signals SW [0] to SW [4], and sets the potential of the selected terminal. Output as the reference voltage Vref4.

スイッチ回路502は、第2グループに対して設けられ、スイッチ信号SW[0]〜SW[4]に基づいて、第2グループの端子のいずれかの端子を選択して、選択した端子の電位を基準電圧Vref3として出力する。   The switch circuit 502 is provided for the second group, selects one of the terminals of the second group based on the switch signals SW [0] to SW [4], and sets the potential of the selected terminal. Output as the reference voltage Vref3.

スイッチ回路503は、第3グループに対して設けられ、スイッチ信号SW[0]〜SW[4]に基づいて、第3グループの端子のいずれかの端子を選択して、選択した端子の電位を基準電圧Vref2として出力する。   The switch circuit 503 is provided for the third group, selects one of the terminals of the third group based on the switch signals SW [0] to SW [4], and sets the potential of the selected terminal. Output as the reference voltage Vref2.

スイッチ回路504は、第4グループに対して設けられ、スイッチ信号SW[0]〜SW[4]に基づいて、第4グループの端子のいずれかの端子を選択して、選択した端子の電位を基準電圧Vref1として出力する。   The switch circuit 504 is provided for the fourth group, selects one of the terminals of the fourth group based on the switch signals SW [0] to SW [4], and sets the potential of the selected terminal. Output as the reference voltage Vref1.

図8は、図5に含まれる乱数発生源の構成を表わす図である。
乱数発生源105は、循環的に接続される複数のフリップフロップ111,112,113と、論理回路251と、デコーダ114とからなる。乱数発生源105は、時間によって変化する乱数値を基にして、基準電圧生成部106内の複数のスイッチを制御するスイッチ信号SW[0]〜SW[4]を生成する。
FIG. 8 shows a configuration of the random number generation source included in FIG.
The random number generation source 105 includes a plurality of flip-flops 111, 112, 113, a logic circuit 251, and a decoder 114 that are connected cyclically. The random number generation source 105 generates switch signals SW [0] to SW [4] for controlling a plurality of switches in the reference voltage generation unit 106 based on random number values that change with time.

図9は、図8に含まれるデコーダの真理表を表わす図である。
入力が「abc」とは、フリップフロップ111の出力が「a」で、フリップフロップ112の出力が「b」で、フリップフロップ113の出力が「c」であることを表わす。
FIG. 9 shows a truth table of the decoder included in FIG.
The input “abc” indicates that the output of the flip-flop 111 is “a”, the output of the flip-flop 112 is “b”, and the output of the flip-flop 113 is “c”.

入力が「001」の場合には、スイッチ信号SW[0]のみがハイレベルに活性化され、その他のスイッチ信号SW[1]〜SW[4]は、ロウレベルに非活性化される。入力が「010」の場合には、スイッチ信号SW[1]のみがハイレベルに活性化され、その他のスイッチ信号SW[0]、SW[2]〜SW[4]は、ロウレベルに非活性化される。入力が「011」の場合には、スイッチ信号SW[2]のみがハイレベルに活性化され、その他のスイッチ信号SW[0]、SW[1]、SW[3]、SW[4]は、ロウレベルに非活性化される。入力が「100」の場合には、スイッチ信号SW[3]のみがハイレベルに活性化され、その他のスイッチ信号SW[0]〜SW[2]、SW[4]は、ロウレベルに非活性化される。入力が「110」の場合には、スイッチ信号SW[4]のみがハイレベルに活性化され、その他のスイッチ信号SW[0]〜SW[3]は、ロウレベルに非活性化される。   When the input is “001”, only the switch signal SW [0] is activated to a high level, and the other switch signals SW [1] to SW [4] are deactivated to a low level. When the input is “010”, only the switch signal SW [1] is activated to a high level, and the other switch signals SW [0], SW [2] to SW [4] are deactivated to a low level. Is done. When the input is “011”, only the switch signal SW [2] is activated to a high level, and the other switch signals SW [0], SW [1], SW [3], SW [4] Deactivated to low level. When the input is “100”, only the switch signal SW [3] is activated to a high level, and the other switch signals SW [0] to SW [2] and SW [4] are deactivated to a low level. Is done. When the input is “110”, only the switch signal SW [4] is activated to a high level, and the other switch signals SW [0] to SW [3] are deactivated to a low level.

(比較)
次に、従来文献である特許文献1(特開2010−21918号公報)に記載された方式との相違点を説明する。
(Comparison)
Next, differences from the method described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-21918) which is a conventional document will be described.

特許文献1では、アンプの帰還率を上昇させるために、折返し数やビット数を変化させない状態で、ステージのゲインを1/2などに緩和している。これに対して、本実施の形態では、ステージのゲインは変化させず、折返し数を約2倍に増加させ、コンパレータの判定点のずれに対する耐性を強化している。MDACの出力振幅で限定すると、同じように、1/2になっているが、その目的は大きく異なる。   In Patent Document 1, in order to increase the feedback rate of the amplifier, the stage gain is relaxed to 1/2 or the like without changing the number of turns or the number of bits. On the other hand, in the present embodiment, the stage gain is not changed, and the number of turns is increased by a factor of about two to enhance the tolerance against the deviation of the comparator judgment point. If limited by the output amplitude of MDAC, it is ½ as well, but its purpose is very different.

本実施の形態と特許文献1との違いをまとめると、以下のとおりである。
(a) 特許文献1では、ステージゲインが変化するが、本実施の形態では、ステージのゲインは変化しない。
The differences between the present embodiment and Patent Document 1 are summarized as follows.
(A) In Patent Document 1, the stage gain changes, but in this embodiment, the stage gain does not change.

(b) 特許文献1では、アンプの帰還率を緩和しているが、本実施の形態では、アンプの帰還率は緩和しない。これは、特許文献1では、アンプの精度と電力特性を優先させているためである。   (B) In Patent Document 1, the feedback rate of the amplifier is relaxed. However, in this embodiment, the feedback rate of the amplifier is not relaxed. This is because in Patent Document 1, priority is given to the accuracy and power characteristics of the amplifier.

(c) 特許文献1では、折返し数(SADCのビット数)は変化させないが、本実施の形態は、折返し数(ビット数)を増加している。   (C) In Patent Document 1, the number of turns (the number of SADC bits) is not changed, but in this embodiment, the number of turns (the number of bits) is increased.

(d) 特許文献1では、コンパレータの精度は悪化しているが、本実施の形態では変化しない。本実施の形態は、コンパレータの精度を優先している。   (D) In Patent Document 1, the accuracy of the comparator is deteriorated, but is not changed in the present embodiment. In this embodiment, priority is given to the accuracy of the comparator.

(e) 特許文献1では、コンパレータ数は変わらないが、本実施の形態では、コンパレータ数は2倍程度に増加する。   (E) In Patent Document 1, the number of comparators does not change, but in the present embodiment, the number of comparators increases about twice.

図10は、オーバーラップの違いによる冗長性や、次ステージの入力レンジの違いを示す図である。   FIG. 10 is a diagram illustrating the redundancy due to the difference in overlap and the difference in the input range of the next stage.

特許文献1では、次のステージとのSADC出力のオーバーラップは1ビットであるが、本実施の形態では、2ビットである。   In Patent Document 1, the overlap of the SADC output with the next stage is 1 bit, but in this embodiment, it is 2 bits.

また、特許文献1では、自ステージの出力振幅半減に合わせて、次のステージの入力レンジは、1/2に狭める必要がある。一方、本実施の形態では、オーバーラップが1ビット多いことを利用することで、オーバーラップ1ビットでは表現できなかった、−Vref〜+Vrefのすべての出力を表現できる。   Further, in Patent Document 1, it is necessary to narrow the input range of the next stage to ½ in accordance with the output amplitude of the own stage being halved. On the other hand, in the present embodiment, by using the fact that the overlap is one bit larger, all outputs of −Vref to + Vref that cannot be expressed by one overlap can be expressed.

図11は、別のオーバーラップのビットから見た冗長性を示す図である。
図11の左は、本実施の形態で、右は特許文献1である。どちらも、3ビットで、1LSBの大きさは変わらない。次ステージとオーバーラップしている部分は、自ステージと次ステージの組み合わせで表現することができ、自ステージの結果により、次ステージが追従することを考えると、自ステージは、オーバーラップのビット分、表現の自由性があるといえる。図11の右(特許文献1)では、1ビットオーバーラップしているので、1LSB分表現の自由があるといえる。これに対し、左(本実施の形態)では、2ビットオーバーラップしているので、0〜3と表現の範囲が広がり、3LSB分表現の自由がある。よって、本実施の形態では、特許文献1に対し、2LSB分多くずれても冗長性のおかげで破綻せずに正しい表現ができる。このずれ分を、ディザやコンパレータのオフセットで利用できるため、コンパレータの精度を高めずとも、大きなディザを印加できる。
FIG. 11 is a diagram illustrating the redundancy as seen from another overlapping bit.
The left side of FIG. 11 is the present embodiment, and the right side is Patent Document 1. Both are 3 bits and the size of 1LSB does not change. The part that overlaps the next stage can be expressed by the combination of the own stage and the next stage, and considering that the next stage follows the result of the own stage, the own stage It can be said that there is freedom of expression. On the right side of FIG. 11 (Patent Document 1), since 1 bit overlaps, it can be said that there is freedom of expression for 1 LSB. On the other hand, on the left (this embodiment), since the two bits overlap, the range of expression is expanded to 0 to 3, and there is freedom of expression for 3 LSBs. Therefore, in the present embodiment, even if it deviates by 2 LSB more than Patent Document 1, correct expression can be achieved without failure due to redundancy. Since this deviation can be used as a dither or comparator offset, a large dither can be applied without increasing the accuracy of the comparator.

(効果)
以上のように、本実施の形態によれば、閾値ディザが持つ利点の多くを継承しながら、コンパレータのオフセットによるディザ量の制限を解消し、直線性の改善を図ることができる。
(effect)
As described above, according to the present embodiment, while inheriting many of the advantages of the threshold dither, the limitation on the dither amount due to the offset of the comparator can be eliminated and the linearity can be improved.

本実施の形態では、ステージ8を除く各ステージが3ビットの副デジタル信号を出力し、伝達関数のゲインが2で、折返し数が4で、隣接するステージとエラー補正する際にオーバーラップするビット数が2ビットである。   In this embodiment, each stage except stage 8 outputs a 3-bit sub-digital signal, the transfer function gain is 2, the number of turns is 4, and the bits that overlap when error correction is performed with an adjacent stage. The number is 2 bits.

[第1の実施形態の変形例1]
図12は、第1の実施形態の変形例1のSADCの伝達関数を表わす図である。図13は、第1の実施形態の変形例1のMDACの伝達関数を表わす図である。
[Modification 1 of the first embodiment]
FIG. 12 is a diagram illustrating a transfer function of the SADC according to the first modification of the first embodiment. FIG. 13 is a diagram illustrating a transfer function of the MDAC according to the first modification of the first embodiment.

SADCは、入力電圧Vinに対し、±Vref/4、±Vref/2の点に判定点があり、出力Doは、以下の式で表わされる。   The SADC has determination points at ± Vref / 4 and ± Vref / 2 with respect to the input voltage Vin, and the output Do is expressed by the following equation.

Do=0 (Vin<−Vref/2)
Do=1 (−Vref/2<Vin<−Vref/4)
Do=2 (−Vref/4<Vin<0)
Do=3 (0<Vin<Vref/4)
Do=4 (Vref/4<Vin<Vref/2)
Do=5 (Vref/2<Vin)
SADCの出力Doの値は、±Vref/4、±Vref/2で変わるため、MADCの伝達関数は、図13に示すような折れ線の特性になる。
Do = 0 (Vin <−Vref / 2)
Do = 1 (−Vref / 2 <Vin <−Vref / 4)
Do = 2 (−Vref / 4 <Vin <0)
Do = 3 (0 <Vin <Vref / 4)
Do = 4 (Vref / 4 <Vin <Vref / 2)
Do = 5 (Vref / 2 <Vin)
Since the value of the output SDo of SADC varies between ± Vref / 4 and ± Vref / 2, the transfer function of MADC has a polygonal line characteristic as shown in FIG.

本変形例では、ステージ8を除く各ステージが3ビットの副デジタル信号を出力し、伝達関数のゲインが2で、折返し数が5で、隣接するステージとエラー補正する際にオーバーラップするビット数が2ビットである。   In this modification, each stage except stage 8 outputs a 3-bit sub-digital signal, the transfer function gain is 2, the number of turns is 5, and the number of bits that overlap when error correction is performed with an adjacent stage. Is 2 bits.

[第1の実施形態の変形例2]
第1の実施形態では、ステージのゲインが2であったが、本変形例は、ステージのゲインが4の場合を説明する。
[Modification 2 of the first embodiment]
In the first embodiment, the gain of the stage is 2, but in this modification, a case where the gain of the stage is 4 will be described.

図14は、ステージゲインが4のときのSADCの伝達関数を表わす図である。図15は、ステージゲインが4のときのMADCの伝達関数を表わす図である。   FIG. 14 is a diagram showing a transfer function of SADC when the stage gain is 4. FIG. FIG. 15 is a diagram showing a transfer function of MADC when the stage gain is 4. FIG.

SADCは、入力電圧Vinに対し、±Vref×11/16、±Vref×9/16、±Vref×7/16、±Vref×5/16、±Vref×3/16、±Vref×1/16の点に判定点があり、出力Doは、以下の式で表わされる。   The SADC is ± Vref × 11/16, ± Vref × 9/16, ± Vref × 7/16, ± Vref × 5/16, ± Vref × 3/16, ± Vref × 1/16 with respect to the input voltage Vin. There is a decision point, and the output Do is expressed by the following equation.

Do=0 (Vin<−Vref×11/16)
Do=1 (−Vref×11/16<Vin<−Vref×9/16)
Do=2 (−Vref×9/16<Vin<−Vref×7/16)
Do=3 (−Vref×7/16<Vin<−Vref×5/16)
Do=4 (−Vref×5/16<Vin<−Vref×3/16)
Do=5 (−Vref×3/16<Vin<−Vref×1/16)
Do=6 (−Vref×1/16<Vin<Vref×1/16)
Do=7 (Vref×1/16<Vin<Vref×3/16)
Do=8 (Vref×3/16<Vin<Vref×5/16)
Do=9 (Vref×5/16<Vin<Vref×7/16)
Do=10 (Vref×7/16<Vin<Vref×9/16)
Do=11 (Vref×9/16<Vin<Vref×11/16)
Do=12 (Vref×11/16<Vin)
SADCの出力Doの値は、Vref×11/16、±Vref×9/16、±Vref×7/16、±Vref×5/16、±Vref×3/16、±Vref×1/16で変わるため、MADCの伝達関数は、図15に示すような折れ線の特性になる。
Do = 0 (Vin <−Vref × 11/16)
Do = 1 (−Vref × 11/16 <Vin <−Vref × 9/16)
Do = 2 (−Vref × 9/16 <Vin <−Vref × 7/16)
Do = 3 (−Vref × 7/16 <Vin <−Vref × 5/16)
Do = 4 (−Vref × 5/16 <Vin <−Vref × 3/16)
Do = 5 (−Vref × 3/16 <Vin <−Vref × 1/16)
Do = 6 (−Vref × 1/16 <Vin <Vref × 1/16)
Do = 7 (Vref × 1/16 <Vin <Vref × 3/16)
Do = 8 (Vref × 3/16 <Vin <Vref × 5/16)
Do = 9 (Vref × 5/16 <Vin <Vref × 7/16)
Do = 10 (Vref × 7/16 <Vin <Vref × 9/16)
Do = 11 (Vref × 9/16 <Vin <Vref × 11/16)
Do = 12 (Vref × 11/16 <Vin)
The value of the SDo output Do varies with Vref × 11/16, ± Vref × 9/16, ± Vref × 7/16, ± Vref × 5/16, ± Vref × 3/16, and ± Vref × 1/16. Therefore, the transfer function of MADC has a broken line characteristic as shown in FIG.

図16は、ステージゲインが4のときのSADCの構成を表わす図である。図17は、ステージゲインが4のときのMADCの構成を表わす図である。図18は、ステージゲインが4のときの基準電圧生成部の構成を表わす図である。   FIG. 16 is a diagram showing the configuration of the SADC when the stage gain is 4. As shown in FIG. FIG. 17 is a diagram showing the configuration of the MADC when the stage gain is 4. FIG. 18 is a diagram illustrating the configuration of the reference voltage generation unit when the stage gain is 4. In FIG.

本変形例では、ステージ8を除く各ステージが4ビットの副デジタル信号を出力し、伝達関数のゲインが4で、折返し数が12で、隣接するステージとエラー補正する際にオーバーラップするビット数が2ビットである。   In this modification, each stage except stage 8 outputs a 4-bit sub-digital signal, the transfer function gain is 4, the number of turns is 12, and the number of bits that overlap when error correction is performed with an adjacent stage. Is 2 bits.

[第1の実施形態の変形例3]
本変形例は、第1の実施形態の変形例2をさらに変形して、折返し数が増加させたものである。
[Modification 3 of the first embodiment]
In this modification, the modification 2 of the first embodiment is further modified to increase the number of turns.

図19は、ステージゲインが4で、両端折返しのときのSADCの伝達関数を表わす図である。図20は、ステージゲインが4で、両端折返しのときのMADCの伝達関数を表わす図である。   FIG. 19 is a diagram illustrating a transfer function of the SADC when the stage gain is 4 and both ends are folded. FIG. 20 is a diagram showing a transfer function of MADC when the stage gain is 4 and both ends are folded.

SADCは、入力電圧Vinに対し、±Vref×11/16、±Vref×9/16、±Vref×7/16、±Vref×5/16、±Vref×3/16、±Vref×1/16の点に判定点があり、出力Doは、以下の式で表わされる。   The SADC is ± Vref × 11/16, ± Vref × 9/16, ± Vref × 7/16, ± Vref × 5/16, ± Vref × 3/16, ± Vref × 1/16 with respect to the input voltage Vin. There is a decision point, and the output Do is expressed by the following equation.

Do=−2 (Vin<−Vref×15/16)
Do=−1 (−Vref×15/16<Vin<−Vref×13/16)
Do=0 (−Vref×13/16<Vin<−Vref×11/16)
Do=1 (−Vref×11/16<Vin<−Vref×9/16)
Do=2 (−Vref×9/16<Vin<−Vref×7/16)
Do=3 (−Vref×7/16<Vin<−Vref×5/16)
Do=4 (−Vref×5/16<Vin<−Vref×3/16)
Do=5 (−Vref×3/16<Vin<−Vref×1/16)
Do=6 (−Vref×1/16<Vin<Vref×1/16)
Do=7 (Vref×1/16<Vin<Vref×3/16)
Do=8 (Vref×3/16<Vin<Vref×5/16)
Do=9 (Vref×5/16<Vin<Vref×7/16)
Do=10 (Vref×7/16<Vin<Vref×9/16)
Do=11 (Vref×9/16<Vin<Vref×11/16)
Do=12 (Vref×11/16<Vin<Vref×13/16)
Do=13 (Vref×13/16<Vin<Vref×15/16)
Do=14 (Vref×15/16<Vin)
SADCの出力Doの値は、Vref×15/16、Vref×13/16、Vref×11/16、±Vref×9/16、±Vref×7/16、±Vref×5/16、±Vref×3/16、±Vref×1/16で変わるため、MADCの伝達関数は、図14に示すような折れ線の特性になる。
Do = -2 (Vin <−Vref × 15/16)
Do = −1 (−Vref × 15/16 <Vin <−Vref × 13/16)
Do = 0 (−Vref × 13/16 <Vin <−Vref × 11/16)
Do = 1 (−Vref × 11/16 <Vin <−Vref × 9/16)
Do = 2 (−Vref × 9/16 <Vin <−Vref × 7/16)
Do = 3 (−Vref × 7/16 <Vin <−Vref × 5/16)
Do = 4 (−Vref × 5/16 <Vin <−Vref × 3/16)
Do = 5 (−Vref × 3/16 <Vin <−Vref × 1/16)
Do = 6 (−Vref × 1/16 <Vin <Vref × 1/16)
Do = 7 (Vref × 1/16 <Vin <Vref × 3/16)
Do = 8 (Vref × 3/16 <Vin <Vref × 5/16)
Do = 9 (Vref × 5/16 <Vin <Vref × 7/16)
Do = 10 (Vref × 7/16 <Vin <Vref × 9/16)
Do = 11 (Vref × 9/16 <Vin <Vref × 11/16)
Do = 12 (Vref × 11/16 <Vin <Vref × 13/16)
Do = 13 (Vref × 13/16 <Vin <Vref × 15/16)
Do = 14 (Vref × 15/16 <Vin)
The value of the output SDo of SADC is Vref × 15/16, Vref × 13/16, Vref × 11/16, ± Vref × 9/16, ± Vref × 7/16, ± Vref × 5/16, ± Vref × Since it changes between 3/16 and ± Vref × 1/16, the transfer function of the MADC has a characteristic of a broken line as shown in FIG.

本変形例では、ステージ8を除く各ステージが4ビットの副デジタル信号を出力し、伝達関数のゲインが4で、折返し数が16で、隣接するステージとエラー補正する際にオーバーラップするビット数が2ビットである。   In this modification, each stage except stage 8 outputs a 4-bit sub-digital signal, the transfer function gain is 4, the number of turns is 16, and the number of bits that overlap when error correction is performed with an adjacent stage. Is 2 bits.

図21は、ステージゲインが4で、両端折返しのときのSADCの構成を表わす図である。図22は、ステージゲインが4で、両端折返しのときのMADCの構成を表わす図である。図23は、ステージゲインが4で、両端折返しのときのMADCの別の構成を表わす図である。図24は、ステージゲインが4で、両端折返しのときの基準電圧生成部の構成を表わす図である。   FIG. 21 is a diagram showing the configuration of the SADC when the stage gain is 4 and both ends are folded. FIG. 22 is a diagram showing the configuration of the MADC when the stage gain is 4 and both ends are folded. FIG. 23 is a diagram showing another configuration of the MADC when the stage gain is 4 and both ends are folded. FIG. 24 is a diagram illustrating the configuration of the reference voltage generation unit when the stage gain is 4 and both ends are folded.

[第1の実施形態の変形例4]
本変形例は、第1の実施形態の変形例3をさらに変形して、差動化したものである。
[Modification 4 of the first embodiment]
This modification is a modification obtained by further modifying Modification 3 of the first embodiment.

図25は、ステージのゲインが4で、両端折返しのときの、差動式のSADCの構成を表わす図である。図26は、ステージゲインが4で、両端折返しのときの差動式のMADCの構成を表わす図である。図27は、ステージゲインが4で、両端折返しのときの差動式のMADCの別の構成を表わす図である。   FIG. 25 is a diagram showing the configuration of a differential SADC when the stage gain is 4 and both ends are folded. FIG. 26 is a diagram showing the configuration of a differential MADC when the stage gain is 4 and both ends are folded. FIG. 27 is a diagram showing another configuration of the differential MADC when the stage gain is 4 and both ends are folded.

[第1の実施形態の変形例5]
一般に、最後の段を除くステージがNビットの副デジタル信号を出力する場合に、伝達関数のステージゲインが2N-2で、且つ折返し数が2N−4、もしくは、2N−2、もしくは、2Nとするか、あるいは、伝達関数のステージゲインが2N-k-2で、且つ折返し数が2N-k−4、もしくは、2N-k−2、もしくは、2N-kとすることができる。ただし、整数Kが0≦K≦N−3の関係を有しており、隣接するステージとエラー補正する際にオーバーラップするビット数が2ビットである。
[Modification 5 of the first embodiment]
In general, when the stage except the last stage outputs an N-bit sub-digital signal, the stage gain of the transfer function is 2 N−2 and the number of turns is 2 N −4, or 2 N −2, or 2 N , or the transfer function stage gain is 2 Nk−2 and the number of turns is 2 Nk −4, 2 Nk −2 or 2 Nk . However, the integer K has a relationship of 0 ≦ K ≦ N−3, and the number of bits that overlap when performing error correction with an adjacent stage is 2 bits.

[第2の実施形態]
第1の実施形態では、ディザの発生を基準電圧生成回路で行っているが、第2の実施形態では、SADCの入力にディザを印加する。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, the dither is generated by the reference voltage generation circuit. In the second embodiment, the dither is applied to the input of the SADC.

図28は、第2の実施形態のパイプラインADCの構成を表わす図である。
図28に示すように、パイプラインADCは、ディザ生成部102と、加算部410と、SADC103と、MADC104とを備える。
FIG. 28 is a diagram illustrating the configuration of the pipeline ADC according to the second embodiment.
As illustrated in FIG. 28, the pipeline ADC includes a dither generation unit 102, an addition unit 410, a SADC 103, and a MADC 104.

第2の実施形態では、SADC103内の基準電圧生成部は、基準電圧Vref4として3/8Vrefを出力し、基準電圧Vref3として1/8Vrefを出力し、基準電圧Vref2として−1/8Vrefを出力し、基準電圧Vref1として−3/8Vrefを出力する。   In the second embodiment, the reference voltage generation unit in the SADC 103 outputs 3/8 Vref as the reference voltage Vref4, outputs 1/8 Vref as the reference voltage Vref3, and outputs −1/8 Vref as the reference voltage Vref2, −3 / 8Vref is output as the reference voltage Vref1.

図29は、ディザ生成部の具体的な構成を表わす図である。
ディザ生成部101は、乱数発生回路411と、DAC(Digital to Analog Converter)412とを備える。
FIG. 29 is a diagram illustrating a specific configuration of the dither generation unit.
The dither generation unit 101 includes a random number generation circuit 411 and a DAC (Digital to Analog Converter) 412.

乱数発生回路411は、時間によって変化する乱数値を生成する。
DAC412は、生成されたランダムな数値をアナログ信号に変換する。
The random number generation circuit 411 generates a random value that varies with time.
The DAC 412 converts the generated random numerical value into an analog signal.

加算部410は、DAC402の出力とステージの入力電圧Vinとを加算して、SADC103に出力する。   The adder 410 adds the output of the DAC 402 and the input voltage Vin of the stage and outputs the result to the SADC 103.

この入力電圧Vinは、このSADC103がステージ2〜ステージ8のSADC103の場合には、前ステージのMDAC104の出力電圧であり、このSADC103がステージ1のSADC103の場合には、パイプラインADC100に入力されたアナログ入力電圧である。   This input voltage Vin is the output voltage of the MDAC 104 of the previous stage when the SADC 103 is the SADC 103 of the stage 2 to the stage 8, and is input to the pipeline ADC 100 when the SADC 103 is the SADC 103 of the stage 1. Analog input voltage.

[第2の実施形態の変形例1]
本変形例は、第2の実施形態とは異なるディザ生成に関するものである。本変形例では、SADC103を用いてディザを生成する。
[Modification 1 of Second Embodiment]
This modification relates to dither generation different from that of the second embodiment. In this modification, dither is generated using the SADC 103.

図30は、第2の実施形態の変形例1のステージの構成を表わす図である。
図31は、ディザ生成部の具体的な構成を表わす図である。
FIG. 30 is a diagram illustrating a configuration of a stage according to the first modification of the second embodiment.
FIG. 31 is a diagram illustrating a specific configuration of the dither generation unit.

図31に示すように、SADC103内にある基準電圧生成部の複数の端子の出力がセレクタ423に接続される。   As shown in FIG. 31, outputs of a plurality of terminals of the reference voltage generation unit in the SADC 103 are connected to the selector 423.

セレクタ423は、乱数発生回路421から出力される乱数値に従って、入力された複数の端子の出力のいずれかを選択して、選択した端子の出力電圧を加算部410へ出力する。   The selector 423 selects one of the output of the plurality of input terminals according to the random number value output from the random number generation circuit 421, and outputs the output voltage of the selected terminal to the adding unit 410.

加算部410は、セレクタ423の出力とステージの入力電圧Vinとを加算して、SADC103に出力する。   The adder 410 adds the output of the selector 423 and the input voltage Vin of the stage and outputs the result to the SADC 103.

[第2の実施形態の変形例2]
本変形例は、第2の実施形態および変形例1とは異なるディザ生成に関するものである。本変形例では、素子ノイズを用いてディザを生成する。
[Modification 2 of the second embodiment]
This modification relates to dither generation different from the second embodiment and modification 1. In this modification, dither is generated using element noise.

図32は、第2の実施形態の変形例2のパイプラインADCの構成を表わす図である。
図32に示すように、ディザ生成部430は、素子雑音発生源431と、増幅器432とを備える。
FIG. 32 is a diagram illustrating a configuration of a pipeline ADC according to the second modification of the second embodiment.
As shown in FIG. 32, the dither generation unit 430 includes an element noise generation source 431 and an amplifier 432.

素子雑音発生源431は、素子ノイズを発生する。増幅器432は、素子ノイズを増幅する。   The element noise generation source 431 generates element noise. The amplifier 432 amplifies element noise.

加算部410は、増幅された素子ノイズと、ステージの入力電圧Vinとを加算して、SADC103に出力する。   The adder 410 adds the amplified element noise and the input voltage Vin of the stage, and outputs the result to the SADC 103.

本変位例では、素子ノイズを用いることによって連続した数値が入力されるため、分割数が無限大となり、より滑らかな結果を得ることができる。   In this example of displacement, since continuous numerical values are input by using element noise, the number of divisions becomes infinite, and a smoother result can be obtained.

[第3の実施形態]
第3の実施形態は、第1の実施形態の基準電圧生成部を変形させたものである。
[Third Embodiment]
In the third embodiment, the reference voltage generation unit of the first embodiment is modified.

本実施の形態SADC103は、図5のSADCと同様の構成を有する。
乱数発生源105は、第1の実施形態と同様に、図8の構成を有する。乱数発生源105は、時間によって変化する乱数値を基にして、基準電圧生成部106内の複数のスイッチを制御するスイッチ信号SW[0]〜SW[4]を生成する。
The present SADC 103 has a configuration similar to that of the SADC in FIG.
The random number generation source 105 has the configuration of FIG. 8 as in the first embodiment. The random number generation source 105 generates switch signals SW [0] to SW [4] for controlling a plurality of switches in the reference voltage generation unit 106 based on random number values that change with time.

図33は、第3の実施形態の基準電圧生成部の構成を表わす図である。
この基準電圧生成部は、第1の電位(V1)と第2の電位(V2)間を直列に接続した複数の抵抗Rと、第1の電位(V1)と基準電圧(+Vref)との間に接続された複数の抵抗Rと、第2の電位(V2)と基準電圧(−Vref)との間に接続された複数の抵抗Rと、複数の基準電圧Vref4、Vref3、Vref2、Vref1を出力する端子と、スイッチ回路621,622とを備える。
FIG. 33 is a diagram illustrating the configuration of the reference voltage generation unit of the third embodiment.
The reference voltage generation unit includes a plurality of resistors R connected in series between the first potential (V1) and the second potential (V2), and between the first potential (V1) and the reference voltage (+ Vref). Outputs a plurality of resistors R connected to each other, a plurality of resistors R connected between the second potential (V2) and the reference voltage (−Vref), and a plurality of reference voltages Vref4, Vref3, Vref2, and Vref1. And a switching circuit 621, 622.

スイッチ回路621は、それぞれがスイッチ信号SW[0]〜SW[4]によって制御される複数のスイッチを備える。各スイッチは、基準電圧(+Vref)と第1の電位(V1)との間の経路を内分する端子と接続する。したがって、スイッチ回路621にスイッチ信号SW[0]〜SW[4]を与えることによって、第1の電位(V1)が設定される。   The switch circuit 621 includes a plurality of switches each controlled by switch signals SW [0] to SW [4]. Each switch is connected to a terminal that internally divides a path between the reference voltage (+ Vref) and the first potential (V1). Therefore, the first potential (V1) is set by applying the switch signals SW [0] to SW [4] to the switch circuit 621.

スイッチ回路622は、それぞれがスイッチ信号SW[0]〜SW[4]によって制御される複数のスイッチを備える。各スイッチは、基準電圧(−Vref)と第2の電位(V2)との間の経路を内分する端子と接続する。したがって、スイッチ回路622にスイッチ信号SW[0]〜SW[4]を与えることによって、第2の電位(V2)が設定される。   The switch circuit 622 includes a plurality of switches each controlled by switch signals SW [0] to SW [4]. Each switch is connected to a terminal that internally divides a path between the reference voltage (−Vref) and the second potential (V2). Therefore, the second potential (V2) is set by applying the switch signals SW [0] to SW [4] to the switch circuit 622.

本実施の形態では、第1の実施形態と同様に、ディザの発生を基準電圧生成回路で行うが、第1の実施形態のように、ラダー抵抗に多くのタップを設けるのではなく、図33に示すように、基準電圧に接続する抵抗の抵抗値をスイッチで変化させ、タップの内分点をずらすことによって、ディザの値を切替えることができる。   In the present embodiment, as in the first embodiment, dither generation is performed by the reference voltage generation circuit. However, as in the first embodiment, many taps are not provided in the ladder resistor, but FIG. As shown in FIG. 6, the dither value can be switched by changing the resistance value of the resistor connected to the reference voltage with the switch and shifting the internal dividing point of the tap.

[第4の実施形態]
本実施の形態は、SADCの出力にDEM論理回路を加えることで、各折返し間の段差のミスマッチを平均化し、INLの改善を図る。
[Fourth Embodiment]
In this embodiment, by adding a DEM logic circuit to the output of the SADC, the step mismatch between the turns is averaged and the INL is improved.

図34は、MADCの伝達曲線を表わす図である。
図34に示すように、ADCの判定点での折返し量に異なる部分が存在し、全体的にうねっているように見える。
FIG. 34 is a diagram showing a transfer curve of MADC.
As shown in FIG. 34, there are different portions in the amount of folding at the ADC determination point, and it appears that the entire surface is wavy.

図35は、従来のパイプラインADCの入出力特性を表わす図である。
図35に示すように、ディザなしの入出力特性では、発生する段差の大きさが場所ごとに異なる。
FIG. 35 shows input / output characteristics of a conventional pipeline ADC.
As shown in FIG. 35, in the input / output characteristics without dither, the size of the generated step differs depending on the location.

これに対して、ディザを適用した場合には、段差が拡散するが、理想的な直線からはずれる。   On the other hand, when dither is applied, the step is diffused but deviates from an ideal straight line.

図36は、ディザを適用したときのINLのカーブのイメージを表わす図である。ディザを適用しているため、ディザを適用しない時よりは良い結果であるが、INLがうねっていることが分かる。   FIG. 36 is a diagram illustrating an image of an INL curve when dither is applied. Since dither is applied, the result is better than when dither is not applied, but it can be seen that INL is wavy.

本実施の形態では、上記の問題を改善する。
図37は、第4の実施形態のステージの構成を表わす図である。
In the present embodiment, the above problem is improved.
FIG. 37 is a diagram illustrating a configuration of a stage according to the fourth embodiment.

図37に示すように、MADC104を構成する容量のうち、DACには、複数の容量C1,C2,C3,C4が接続しており、それぞれの容量が独立してばらつくため、発生する段差がばらつく。   As shown in FIG. 37, among the capacitors constituting the MADC 104, a plurality of capacitors C1, C2, C3, and C4 are connected to the DAC, and each of the capacitors varies independently, so that the generated step varies. .

図37では、SADC103の出力と、MADC104の入力の間にDEM用論理回路711を加えることによって、容量のバラつきが均一化される。   In FIG. 37, by adding a DEM logic circuit 711 between the output of the SADC 103 and the input of the MADC 104, the variation in capacitance is made uniform.

その結果、図38に示すように、ADCの判定点での折り返し量が均一になる。図39に示すように、ADCの入出力の段差も均等になる。この状態でディザを適用すると、図40に示すように、INLのうねりも改善される。   As a result, as shown in FIG. 38, the amount of folding at the ADC determination point becomes uniform. As shown in FIG. 39, the steps of the input / output of the ADC are also equalized. When dithering is applied in this state, the undulation of INL is also improved as shown in FIG.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

100 パイプラインADC、90,101 エラー補正回路、103 SADC、104 MADC、105,122,305 乱数発生源、106,121,206,306 基準電圧生成部、110〜113,123〜134,210〜235,310〜335 比較器、102,430 ディザ生成部、410 加算部、411,421 乱数発生回路、412 DAC、431 素子雑音発源、114,141 エンコーダ、108,109,135〜140,231〜238,331〜338 MADC用デコーダ、115,422,432 増幅器、261〜272 スイッチ、111〜113 フリップフロップ、114 デコーダ、251 論理回路、350 差動増幅器、501 ロジック。   100 Pipeline ADC, 90, 101 Error Correction Circuit, 103 SADC, 104 MADC, 105, 122, 305 Random Number Source, 106, 121, 206, 306 Reference Voltage Generation Unit, 110-113, 123-134, 210-235 , 310-335 Comparator, 102, 430 Dither generator, 410 Adder, 411, 421 Random number generator, 412 DAC, 431 Element noise source, 114, 141 Encoder, 108, 109, 135-140, 231-238 , 331 to 338 MADC decoder, 115, 422, 432 amplifier, 261 to 272 switch, 111 to 113 flip-flop, 114 decoder, 251 logic circuit, 350 differential amplifier, 501 logic.

Claims (5)

アナログ信号をデジタル信号に変換するパイプライン型A/Dコンバータであって、
縦列接続された複数のステージと、
前記複数のステージのそれぞれから出力される副デジタル信号に基づいて前記デジタル信号を生成するエラー補正回路とを備え、
前記複数のステージのうち少なくとも1つのステージは、Nビットの前記副デジタル信号を出力する場合に、伝達関数のステージゲインが2N-2で、且つ折返し数が2N−4、もしくは、2N−2、もしくは、2Nであり、
隣接するステージとエラー補正する際にオーバーラップするビット数が2ビットである、パイプライン型A/Dコンバータ。
A pipeline type A / D converter for converting an analog signal into a digital signal,
Multiple stages connected in cascade,
An error correction circuit that generates the digital signal based on a sub-digital signal output from each of the plurality of stages;
When at least one of the plurality of stages outputs the N-bit sub-digital signal, the stage gain of the transfer function is 2 N−2 and the number of turns is 2 N −4 or 2 N -2 or 2 N
A pipeline type A / D converter in which the number of bits that overlap when error correction is performed with an adjacent stage is 2 bits.
アナログ信号をデジタル信号に変換するパイプライン型A/Dコンバータであって、
縦列接続された複数のステージと、
前記複数のステージのそれぞれから出力される副デジタル信号に基づいて前記デジタル信号を生成するエラー補正回路とを備え、
前記複数のステージのうち少なくとも1つのステージは、Nビットの前記副デジタル信号を出力する場合に、伝達関数のステージゲインが2N-k-2で、且つ折返し数が2N-k−4、もしくは、2N-k−2、もしくは、2N-kであり、ただし、整数Kが0≦K≦N−3の関係を有しており、隣接するステージとエラー補正する際にオーバーラップするビット数が2ビットである、パイプライン型A/Dコンバータ。
A pipeline type A / D converter for converting an analog signal into a digital signal,
Multiple stages connected in cascade,
An error correction circuit that generates the digital signal based on a sub-digital signal output from each of the plurality of stages;
When at least one of the plurality of stages outputs the N-bit sub-digital signal, the stage gain of the transfer function is 2 Nk−2 and the number of turns is 2 Nk −4 or 2 Nk −2 or 2 Nk , where the integer K has a relationship of 0 ≦ K ≦ N−3, and the number of bits that overlap with each other when error correction is performed is 2 bits. Pipeline type A / D converter.
前記ステージは、
前記アナログ信号または前段のステージから出力される副アナログ信号の大きさに応じた前記副デジタル信号を生成して前記エラー補正回路に出力するともに、前記アナログ信号または前段のステージから出力される副アナログ信号の大きさに応じた電圧選択信号を生成するサブAD回路と、
前記アナログ信号または前記副アナログ信号の大きさと、前記サブAD回路で生成された電圧選択信号に応じて入力される電圧に応じた副アナログ信号を生成し、次段の前記ステージに出力するDA回路とを備え、
前記サブAD回路は、
乱数発生回路と、
複数の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
前記基準電圧生成回路で生成された複数の基準電圧と前記アナログ信号または前記副アナログ信号の大きさを比較する複数のコンパレータとを含み、
前記基準電圧生成回路は、
基準となる2つの電位間を直列に接続した複数の抵抗と、
前記複数の抵抗によって、基準となる2つの電位間を内分した電位を出力する複数の端子と、前記複数の端子は、複数のグループに分類され、
各グループごとに設けられ、各グループに属する端子のうちの1つを選択して、前記選択した端子の電位を基準電圧として出力する複数のスイッチ回路とを含み、
前記乱数発生回路は、時間によって変化する乱数値を基にして、前記複数のスイッチ回路を制御するスイッチ信号を生成する、請求項1または2記載のパイプライン型A/Dコンバータ。
The stage is
The sub-digital signal corresponding to the analog signal or the sub-analog signal output from the preceding stage is generated and output to the error correction circuit, and the analog signal or the sub-analog output from the preceding stage is output. A sub AD circuit that generates a voltage selection signal according to the magnitude of the signal;
A DA circuit that generates a sub-analog signal according to the magnitude of the analog signal or the sub-analog signal and a voltage input according to the voltage selection signal generated by the sub-AD circuit, and outputs the sub-analog signal to the next stage. And
The sub AD circuit includes:
A random number generation circuit;
A reference voltage generation circuit for generating a plurality of reference voltages;
Including a plurality of reference voltages generated by the reference voltage generation circuit and a plurality of comparators for comparing the magnitudes of the analog signal or the sub-analog signal;
The reference voltage generation circuit includes:
A plurality of resistors connected in series between two reference potentials;
The plurality of terminals that output a potential internally divided between two potentials by the plurality of resistors, and the plurality of terminals are classified into a plurality of groups,
A plurality of switch circuits provided for each group, selecting one of the terminals belonging to each group, and outputting the potential of the selected terminal as a reference voltage;
The pipeline type A / D converter according to claim 1, wherein the random number generation circuit generates a switch signal for controlling the plurality of switch circuits based on a random number value that changes with time.
前記ステージは、
前記アナログ信号または前段のステージから出力される副アナログ信号の大きさに応じた前記副デジタル信号を生成して前記エラー補正回路に出力するともに、前記アナログ信号または前段のステージから出力される副アナログ信号の大きさに応じた電圧選択信号を生成するサブAD回路と、
前記アナログ信号または前記副アナログ信号の大きさと、前記サブAD回路で生成された電圧選択信号に応じて入力される電圧に応じた副アナログ信号を生成し、次段の前記ステージに出力するDA回路と、
時間によって変化する乱数値をアナログ信号に変換して出力するディザ生成部と、
前記ディザ生成部の出力と、前記アナログ信号または前記副アナログ信号とを加算する加算回路とを備え、
前記サブAD回路は、
複数の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
前記基準電圧生成回路で生成された複数の基準電圧と前記アナログ信号または前記副アナログ信号の大きさを比較する複数のコンパレータとを含む、請求項1または2記載のパイプライン型A/Dコンバータ。
The stage is
The sub-digital signal corresponding to the analog signal or the sub-analog signal output from the preceding stage is generated and output to the error correction circuit, and the analog signal or the sub-analog output from the preceding stage is output. A sub AD circuit that generates a voltage selection signal according to the magnitude of the signal;
A DA circuit that generates a sub-analog signal according to the magnitude of the analog signal or the sub-analog signal and a voltage input according to the voltage selection signal generated by the sub-AD circuit, and outputs the sub-analog signal to the next stage. When,
A dither generator that converts a random value that changes with time into an analog signal and outputs the analog signal;
An output circuit for adding the dither generator and the analog signal or the sub-analog signal;
The sub AD circuit includes:
A reference voltage generation circuit for generating a plurality of reference voltages;
3. The pipeline A / D converter according to claim 1, further comprising a plurality of reference voltages generated by the reference voltage generation circuit and a plurality of comparators for comparing magnitudes of the analog signal or the sub-analog signal.
前記ステージは、
前記アナログ信号または前段のステージから出力される副アナログ信号の大きさに応じた前記副デジタル信号を生成して前記エラー補正回路に出力するともに、前記アナログ信号または前段のステージから出力される副アナログ信号の大きさに応じた電圧選択信号を生成するサブAD回路と、
前記アナログ信号または前記副アナログ信号の大きさと、前記サブAD回路で生成された電圧選択信号に応じて入力される電圧に応じた副アナログ信号を生成し、次段の前記ステージに出力するDA回路とを備え、
前記サブAD回路は、
乱数発生回路と、
複数の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
前記基準電圧生成回路で生成された複数の基準電圧と前記アナログ信号または前記副アナログ信号の大きさを比較する複数のコンパレータとを含み、
前記基準電圧生成回路は、
第1の電位および第2の電位間を直列に接続した複数の抵抗と、
前記複数の基準電圧を出力する端子と、
前記第1の電位および前記第2の電位を設定する複数のスイッチとを備え、
前記乱数発生回路は、時間によって変化する乱数値を基にして、前記複数のスイッチを制御するスイッチ信号を生成する、請求項1または2記載のパイプライン型A/Dコンバータ。
The stage is
The sub-digital signal corresponding to the analog signal or the sub-analog signal output from the preceding stage is generated and output to the error correction circuit, and the analog signal or the sub-analog output from the preceding stage is output. A sub AD circuit that generates a voltage selection signal according to the magnitude of the signal;
A DA circuit that generates a sub-analog signal according to the magnitude of the analog signal or the sub-analog signal and a voltage input according to the voltage selection signal generated by the sub-AD circuit, and outputs the sub-analog signal to the next stage. And
The sub AD circuit includes:
A random number generation circuit;
A reference voltage generation circuit for generating a plurality of reference voltages;
Including a plurality of reference voltages generated by the reference voltage generation circuit and a plurality of comparators for comparing the magnitudes of the analog signal or the sub-analog signal;
The reference voltage generation circuit includes:
A plurality of resistors connected in series between the first potential and the second potential;
A terminal for outputting the plurality of reference voltages;
A plurality of switches for setting the first potential and the second potential;
The pipeline type A / D converter according to claim 1, wherein the random number generation circuit generates a switch signal for controlling the plurality of switches based on a random number value that changes with time.
JP2011210955A 2011-09-27 2011-09-27 Pipeline type a/d converter Withdrawn JP2013074401A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011210955A JP2013074401A (en) 2011-09-27 2011-09-27 Pipeline type a/d converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011210955A JP2013074401A (en) 2011-09-27 2011-09-27 Pipeline type a/d converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013074401A true JP2013074401A (en) 2013-04-22

Family

ID=48478564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011210955A Withdrawn JP2013074401A (en) 2011-09-27 2011-09-27 Pipeline type a/d converter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013074401A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101637190B1 (en) * 2015-05-14 2016-07-07 건국대학교 산학협력단 Analog-Digital converter calibration method and Analog-Digital converter with self-calibration function
US11082056B2 (en) 2018-03-08 2021-08-03 Analog Devices International Unlimited Company Analog to digital converter stage

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101637190B1 (en) * 2015-05-14 2016-07-07 건국대학교 산학협력단 Analog-Digital converter calibration method and Analog-Digital converter with self-calibration function
US11082056B2 (en) 2018-03-08 2021-08-03 Analog Devices International Unlimited Company Analog to digital converter stage

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8416116B2 (en) Successive approximation analog-to-digital converter having auxiliary prediction circuit and method thereof
US8310388B2 (en) Subrange analog-to-digital converter and method thereof
KR102637630B1 (en) Redundancy scheme for flash assisted successive approximation register(sar) analog-to-digital converter(adc)
JP5946443B2 (en) Successive approximation register analog-to-digital converter with integral nonlinearity correction
US8754794B1 (en) Methods and apparatus for calibrating pipeline analog-to-digital converters
US9077358B2 (en) Successive approximation AD converter and noise generator
US10128861B2 (en) Analog to digital conversion circuit
US20110227774A1 (en) Successive approximation register analog-digital converter and method for operating the same
EP1005169A1 (en) Radix 2 architecture and calibration technique for pipelined analog to digital converters
US8199041B2 (en) Analog-to-digital converter
JP2009516433A (en) Analog-to-digital converter with dither
US10069505B1 (en) Least significant bit dynamic element matching in a digital-to-analog converter
US20050275571A1 (en) Method and apparatus for operating a delta sigma ADC circuit
US11025266B2 (en) Digital-to-analog converter, conversion circuit and display device
JP2013074401A (en) Pipeline type a/d converter
CN113271102A (en) Pipeline analog-to-digital converter
KR101414872B1 (en) Analog-to-digital converter
JP5269131B2 (en) Comparison circuit and parallel analog-digital converter
US20200343901A1 (en) Successive approximation register analog-to-digital converter
CN114785350A (en) Linear DAC modified by input code
Ravi et al. At speed digital gain error calibration of pipelined ADCs
US8279097B2 (en) Background calibration of analog-to-digital converters
KR100335864B1 (en) Digital/analog converter and digital/analog converting method
KR101726754B1 (en) Successive approximation register analog to digital converter
Arian et al. Successive approximation ADC with redundancy using split capacitive-array DAC

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20141202